Page 116 - 无损检测2024年第十二期

赵 通，等：

氧化锆内涂层腐蚀裂纹的超声检测

在舰船领域，热障涂层被用于提高燃气轮机涡轮的
耐高温、防腐蚀性能 [6-7] 。在化工领域，氧化锆涂层
被应用于储罐、管道和反应器等设备的内壁涂层。
在众多应用领域，氧化锆涂层多作为内涂层来
保护设备金属基体，这也造成了涂层腐蚀损伤不易
被发现，而易带来安全隐患。为了及时发现损伤，杜
绝安全隐患，需要采用无损检测技术对其进行检测，
而超声检测技术可以对设备的腐蚀缺陷进行较为准
确的测量 [8-12] 。
文章简单介绍了超声技术的检测机理，研究利
用超声技术对氧化锆涂层腐蚀裂纹进行有效评估的
可行性。讨论了氧化锆涂层腐蚀裂纹对回波信号产
生的影响，并从缺陷信号时频域上提取特征量，然后
图 1 纵波斜入射声束路径示意
运用卷积神经网络（CNN）算法自动识别缺陷信号，
通过计算可以得到第一临界角
为智能化检测提供参考依据。
C
α =arcsin L 1 （2）
1 超声检测原理 Ι C L 2
1.1 超声波在探头与基体交界处的传播 α =α 时，介质2中就仅剩折射横波。
L
I
在采用超声导波技术对板材裂纹进行检测的过 C >C ，则有β >α 。令β =90°，通过计算可
S
S
L
S2
L1
程中，导波在遇到介质中的不连续界面时会产生反 以得到第二临界角
射。这些反射波与原始波相互叠加，形成更为复杂
（3）
的信号，随后继续在介质中传播。因此，了解超声导
波在介质内的传播特性对于准确分析检测结果至关 由超声波临界角的概念可知，C <C 时，不存
L1
L2
重要 [13-14] 。 在第一临界角；C <C 时，不存在第二临界角。
L1
S2
文章对超声波入射作两步分析，第一步，超声波 1.2 超声波在基体与涂层交界处的传播
从探头发射进入基体发生一次波型转换，即纵波转 超声横波以特定角度从一种介质进入到另一种
换为横波，然后在基体中继续传播；第二步，横波抵 介质中，就会发生类似于纵波的波型转换现象，具体
达基体与涂层界面时，一部分发生反射，一部分穿透 传播情况如图2所示。
基体进入涂层又发生一次波型转换，即横波转换为
纵波，然后在涂层中继续传播。
当纵波以一定的斜角在介质中作为入射波传播
时，随着传播介质的改变，在介质交界面上会观察到
超声波的反射纵波L'、折射纵波L″以及伴随的反射

横波S'和折射横波S″。纵波斜入射声束路径如图1
所示。
根据斯涅尔定律有

sinα L sinα ' L sin α ' S sin β L sin β S （1）
C = C = C = C = C
L 1 L 1 S 1 L 2 S 2
式中：介质1的纵波波速为C ；横波波速为C ；介
S1
L1
质2的纵波波速为C ；横波波速为C ；横波反射角
L2
S2
'
为 α ；纵波入射角为α ；纵波折射角为β ；横波折 图 2 横波入射声束路径示意
S L L
'
射角为β ；纵波反射角为 α 。 当超声波从介质1进入介质2时，在介质1中会
S
L
由式（1）可知，C >C 时，β >β ，β =90°时， 产生两种新的反射波：一种是与原始波同频率的横
L
S
L
L1
L2
78
2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测